本實(shí)用新型涉及電工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制并網(wǎng)電路中直流母線電壓波動(dòng)的裝置。

背景技術(shù)：

國家標(biāo)準(zhǔn)《GB19964-2012光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中要求當(dāng)電網(wǎng)電壓因故障發(fā)生跌落時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器需保持短時(shí)并網(wǎng)狀態(tài)，具備一定的電網(wǎng)支撐能力。且在電網(wǎng)低電壓穿越的過程中逆變器需要向電網(wǎng)注入無功，動(dòng)態(tài)無功電流應(yīng)滿足以下要求：

(1)自并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時(shí)刻起，動(dòng)態(tài)無功電流的響應(yīng)時(shí)間不大于30ms。

(2)自動(dòng)態(tài)電流響應(yīng)起直到電壓恢復(fù)至0.9pu期間，光伏發(fā)電站注入電力系統(tǒng)的無功動(dòng)態(tài)電流IT應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤并網(wǎng)點(diǎn)電壓變化，并滿足：

I_T≥1.5×(0.9-U_T)I_N (0.2≤U_T≤0.9)

I_T≥1.05×I_N (U_T<0.2)

I_T＝0 (U_T>0.9)

因此當(dāng)電網(wǎng)電壓瞬間跌落而逆變器并網(wǎng)電流無法突變，故逆變器并網(wǎng)功率會(huì)瞬間跌落，而逆變器輸入功率無法突變，所以會(huì)導(dǎo)致逆變器直流母線功率瞬間增大，進(jìn)而導(dǎo)致直流母線電壓瞬間升高，危害整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是解決并網(wǎng)電路中低電壓穿越時(shí)直流母線電壓容易發(fā)生波動(dòng)，進(jìn)而危機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種抑制并網(wǎng)電路中直流母線電壓波動(dòng)的裝置，包括發(fā)電單元、逆變器、交流電網(wǎng)、儲(chǔ)能單元和控制單元，所述逆變器通過直流母線與所述發(fā)電單元連接，將所述發(fā)電單元產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電后并入到交流電網(wǎng)；所述儲(chǔ)能單元通過電線與直流母線連接，所述控制單元用于獲取所述發(fā)電單元側(cè)的實(shí)時(shí)功率及交流電網(wǎng)側(cè)的實(shí)時(shí)功率，并控制所述儲(chǔ)能單元從所述直流母線上吸收多余功率或向所述直流母線輸送功率，以抑制所述直流母線上發(fā)生電壓波動(dòng)。

其中，所述雙向DC/AC單元為由六個(gè)功率器件組成的三相全橋電路。

其中，所述直流母線與所述儲(chǔ)能單元之間設(shè)有雙向DC/AC單元。

其中，所述儲(chǔ)能單元包括飛輪和電機(jī)，所述電機(jī)連接于所述雙向DC/AC單元與所述飛輪之間。

其中，所述發(fā)電單元為光伏電池陣列，所述逆變器為光伏并網(wǎng)逆變器。

其中，所述控制單元包括信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊和控制模塊，所述信號(hào)采集模塊用于采集所述交流電網(wǎng)側(cè)的電壓和電流，所述信號(hào)處理模塊根據(jù)所述交流電網(wǎng)側(cè)電壓值和電流值獲得所述交流電網(wǎng)側(cè)的瞬時(shí)功率，并根據(jù)所述交流電網(wǎng)側(cè)的瞬時(shí)功率及所述發(fā)電單元輸出的瞬時(shí)功率獲得所述雙向DC/AC單元所需的脈沖信號(hào)，所述控制模塊根據(jù)所述脈沖信號(hào)控制所述雙向DC/AC單元的工作狀態(tài)。

(三)有益效果

本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型提供了一種抑制并網(wǎng)電路中直流母線電壓波動(dòng)的裝置，該裝置包括發(fā)電單元、逆變器、交流電網(wǎng)、儲(chǔ)能單元和控制單元，逆變器通過直流母線與發(fā)電單元連接，將發(fā)電單元產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電后并入到交流電網(wǎng)，儲(chǔ)能單元通過電線與直流母線連接，儲(chǔ)能單元用于吸收直流母線上的多余的功率或向直流母線輸送功率，控制單元用于獲取發(fā)電單元側(cè)的實(shí)時(shí)功率及交流電網(wǎng)側(cè)的實(shí)時(shí)功率，并控制儲(chǔ)能單元從直流母線上吸收多余功率或向所述直流母線輸送功率，以抑制直流母線上發(fā)生電壓波動(dòng)。當(dāng)交流電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落，逆變器將進(jìn)行低電壓穿越，控制單元根據(jù)獲取的信號(hào)和計(jì)算的結(jié)果控制儲(chǔ)能單元吸收或向直流母線輸送功率，避免直流母線的上的功率發(fā)生突變，從而實(shí)現(xiàn)抑制直流母線電壓發(fā)生波動(dòng)的現(xiàn)象。

除了上面所描述的本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題、構(gòu)成的技術(shù)方案的技術(shù)特征以及有這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型的其他技術(shù)特征及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié)合附圖作出進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的抑制并網(wǎng)電路中直流母線電壓波動(dòng)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的抑制并網(wǎng)電路中直流母線電壓波動(dòng)的裝置電路連接圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的抑制并網(wǎng)電路中直流母線電壓波動(dòng)的裝置的調(diào)控流程圖。

圖中：1：交流電網(wǎng)；2：逆變器；3：發(fā)電單元；4：雙向DC/AC單元；5：電機(jī)；6：飛輪。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”、“多根”、“多組”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，“若干個(gè)”、“若干根”、“若干組”的含義是一個(gè)或一個(gè)以上。

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種抑制并網(wǎng)電路中直流母線電壓波動(dòng)的裝置，包括發(fā)電單元3、逆變器2、交流電網(wǎng)1、儲(chǔ)能單元和控制單元(圖上示出)，逆變器2通過直流母線與發(fā)電單元3連接，將發(fā)電單元3產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電后并入到交流電網(wǎng)1，儲(chǔ)能單元通過電線與直流母線連接，儲(chǔ)能單元用于吸收直流母線上的多余的功率或向直流母線輸送功率，控制單元用于獲取發(fā)電單元側(cè)的實(shí)時(shí)功率及交流電網(wǎng)側(cè)的實(shí)時(shí)功率，并控制儲(chǔ)能單元從直流母線上吸收多余功率或向所述直流母線輸送功率，以抑制直流母線上發(fā)生電壓波動(dòng)。當(dāng)交流電網(wǎng)1發(fā)生電壓跌落，逆變器將2進(jìn)行低電壓穿越，控制單元根據(jù)獲取的信號(hào)和計(jì)算的結(jié)果控制儲(chǔ)能單元吸收或向直流母線輸送功率，避免直流母線的上的功率發(fā)生突變，從而實(shí)現(xiàn)抑制直流母線電壓發(fā)生波動(dòng)的現(xiàn)象。

進(jìn)一步地，直流母線與儲(chǔ)能單元之間設(shè)有雙向DC/AC單元4，雙向DC/AC單元4能夠?qū)崿F(xiàn)直流電和交流電的雙向轉(zhuǎn)換，當(dāng)直流母線上有多余的功率時(shí)，雙向DC/AC單元4將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供給儲(chǔ)能單元，實(shí)現(xiàn)直流母線上多余功率的轉(zhuǎn)移，當(dāng)直流母線上需要補(bǔ)充功率時(shí)，雙向DC/AC單元4將儲(chǔ)能單元中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電供給直流母線。

進(jìn)一步地，儲(chǔ)能單元包括飛輪6和電機(jī)5，電機(jī)5連接于雙向DC/AC單元4與飛輪6之間，且雙向DC/AC單元4的直流端與逆變器2的直流端并聯(lián)，雙向DC/AC單元4的交流端與電機(jī)5相連。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，發(fā)電單元3為光伏電池陣列，逆變器2為光伏并網(wǎng)逆變器。

進(jìn)一步地，該裝置還包括信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊和控制模塊，信號(hào)采集模塊用于采集交流電網(wǎng)1側(cè)的電壓和電流，信號(hào)處理模塊根據(jù)交流電網(wǎng)1側(cè)的電壓值和電流值及發(fā)電單元3輸出的瞬時(shí)功率獲得雙向DC/AC單元4所需的脈沖信號(hào)，控制模塊根據(jù)脈沖信號(hào)控制雙向DC/AC單元4的工作狀態(tài)。具體的，信號(hào)采集模塊將采集到的交流電網(wǎng)1側(cè)的三相電壓和三相電流傳遞給信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊首先根據(jù)交流電網(wǎng)1側(cè)的三相電壓和三相電流計(jì)算出交流電網(wǎng)1的瞬時(shí)功率，然后跟發(fā)電單元3輸出的功率進(jìn)行對(duì)比，得出直流母線上多余的功率或者是需要從儲(chǔ)能單元上吸收的功率，根據(jù)該功率值得出需要向雙向DC/AC單元4發(fā)送的脈沖信號(hào)，控制模塊根據(jù)脈沖信號(hào)控制雙向DC/AC單元4的處于直流轉(zhuǎn)交流狀態(tài)或者是交流轉(zhuǎn)直流的狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)直流母線上的多余功率進(jìn)行吸收或者是對(duì)直流母線上的功率進(jìn)行補(bǔ)充。

進(jìn)一步地，雙向DC/AC單元4為由六個(gè)功率器件組成的三相全橋電路。三相全橋電路根據(jù)SVPWM控制算法，結(jié)合鎖相算法，輸出相應(yīng)的PWM波，控制六個(gè)功率器件按照一定規(guī)律進(jìn)行開通和關(guān)斷。當(dāng)需要從儲(chǔ)能單元吸收能量時(shí)，進(jìn)行單位功率因數(shù)整流，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電；當(dāng)需要向儲(chǔ)能單元輸送能量時(shí)，進(jìn)行單位功率因數(shù)逆變，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。功率器件采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，也可以采用功率晶體管GTR或金屬－氧化物－半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET或門極關(guān)斷晶閘管GTO。

如圖3所示，上述裝置在使用時(shí)主要包括以下步驟：

S1，獲取發(fā)電單元輸出的直流瞬時(shí)功率和交流電網(wǎng)側(cè)的瞬時(shí)功率；具體包括S11，通過信號(hào)采集模塊采集交流電網(wǎng)側(cè)的三相電壓V_a、V_b、V_c和電流信號(hào)I_a、I_b、I_c，其中，V_c＝0，I_c＝0；S12，分別對(duì)交流電網(wǎng)側(cè)的三相電壓和三相電流進(jìn)行CLARKE變換得到電壓V_α、V_β和電流I_α、I_β，具體公式如下：

S13，對(duì)電壓V_α、V_β和電流I_α、I_β進(jìn)行PARK變換得到電壓V_d、V_q和電流I_d、I_q，具體公式如下：

S14，獲取交流電網(wǎng)瞬時(shí)功率P_g和發(fā)電單元輸出的直流瞬時(shí)功率P_dc，其中，P_g＝1.5×(V_d×I_d+V_q×I_q)，P_dc＝U_dc×I_dc；U_dc為發(fā)電單元輸出的直流電壓，I_dc為發(fā)電單元輸出的直流電流。

S2，根據(jù)發(fā)電單元輸出的直流瞬時(shí)功率和交流電網(wǎng)的瞬時(shí)功率，獲取為了抑制直流電母線電壓波動(dòng)儲(chǔ)能單元應(yīng)該從直流母線吸收或釋放的功率P_e,P_e＝P_dc-P_g。

S3，根據(jù)步驟S2的結(jié)果獲取控制指令來控制儲(chǔ)能單元從直流母線吸收功率或向直流母線釋放功率，以抑制直流母線的電壓波動(dòng)。

步驟S3具體包括：

S31，獲取電機(jī)q軸的電流給定指令值i_qref，其中，i_qref＝P_e/P×ω×ψ，ω為電機(jī)的電角速度；P為電機(jī)極對(duì)數(shù)；ψ為電機(jī)永磁體磁鏈；

S32，比較電機(jī)的電流給定指令值i_qref和實(shí)際值，根據(jù)比較結(jié)果獲取空間矢量脈寬調(diào)制算法的控制電壓參考值；

S33，根據(jù)控制電壓參考值生成雙向DC/AC單元所需的PWM脈沖，從而按照需求從直流母線吸收功率或向直流母線釋放功率，來抑制直流母線的電壓波動(dòng)。

綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種抑制并網(wǎng)電路中直流母線電壓波動(dòng)的裝置，信號(hào)采集模塊將采集到的交流電網(wǎng)側(cè)的三相電壓和三相電流傳遞給信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊首先根據(jù)交流電網(wǎng)側(cè)的三相電壓和三相電流計(jì)算出交流電網(wǎng)的瞬時(shí)功率，然后跟發(fā)電單元輸出的功率進(jìn)行對(duì)比，得出直流母線上多余的功率或者是需要從儲(chǔ)能單元上吸收的功率，根據(jù)該功率值得出需要向雙向DC/AC單元發(fā)送的脈沖信號(hào)，控制模塊根據(jù)脈沖信號(hào)控制雙向DC/AC單元的處于直流轉(zhuǎn)交流狀態(tài)或者是交流轉(zhuǎn)直流的狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)直流母線上的多余功率進(jìn)行吸收或者是對(duì)直流母線上的功率進(jìn)行補(bǔ)充，避免直流母線的上的功率發(fā)生突變，從而實(shí)現(xiàn)抑制直流母線電壓發(fā)生波動(dòng)的現(xiàn)象。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。